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Notas de Aula
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Prof. Nunes
Soluções QuímicasSoluções Químicas
Universidade Federal do Ceará
Centro de Ciências
Departamento de Química Orgânica e Inorgânica
Química Geral e Orgânica
DQOI - UFC
Soluções QuímicasSoluções Químicas
1
Prof. Dr. José Nunes da Silva [email protected]
Prof. Nunes
O que é uma solução?O que é uma solução?
SoluçãoSolução
LíquidoLíquido em que estão diluídas substâncias solúveis
DQOI - UFC
LíquidoLíquido no qual estão dissolvidos sais, extratos e outras substâncias solúveis
2
Prof. Nunes
� Uma mistura tem duas características definidoras:
1) sua composição é variável, e
2) mantém algumas propriedades de seus componentes.
Nesta unidade, vamos nos concentrar nas soluções, o tipo mais comum demistura, a soluçãosolução.
Mistura x Mistura x SoluçãoSolução
DQOI - UFC
mistura, a soluçãosolução.
� A soluçãosolução é uma misturamistura homogêneahomogênea, onde não há fronteiras separando seuscomponentes. Em outras palavras, uma solução existe como uma única fase.
� Amistura heterogênea tem duas ou mais fases.
3
Prof. Nunes
�� QuaseQuase todostodos osos gases,gases, líquidoslíquidos ee sólidossólidos queque formamformam nossonosso mundomundo sãosãomisturasmisturas - duasduas ouou maismais substânciassubstâncias fisicamentefisicamente misturadasmisturadas, mas nãoquimicamente combinadas.
Mistura x Mistura x SoluçãoSolução
�� MisturasMisturas sintéticassintéticas, como o vidrovidro esabãosabão, geralmente contêm relativamentepoucospoucos componentescomponentes,
DQOI - UFC4
poucospoucos componentescomponentes,
� Enquanto que misturasmisturas naturaisnaturais, comoáguaágua dodo marmar e do solosolo, são maiscomplexas, muitas vezes com maisais dede5050 substânciassubstâncias diferentesdiferentes.
Prof. Nunes
� Misturas vivas, tais como árvoresárvores e alunosalunos, são as mais complexas, atémesmo uma simplessimples célulacélula bacterianabacteriana contém bem maismais dede 50005000 diferentesdiferentescompostoscompostos.
Mistura x Mistura x SoluçãoSolução
DQOI - UFC5
Prof. Nunes
SoluçãoSolução
As soluçõessoluções podem existir em qualquer dos 3 estados da matéria3 estados da matéria:
Gasoso:Gasoso: ar atmosférico
DQOI - UFC
LíquidoLíquido: água com gás
Sólido: Sólido: ouro 24 quilates
6
Prof. Nunes
Componentes da SoluçãoComponentes da Solução
As soluções são compostas de solutosoluto e solventesolvente.
SolutoSoluto
� é o gás ou sólido, no caso de um gás ou sólido dissolvido em um
líquido;
� é o componente em menor quantidade nos demais casos.
DQOI - UFC
SolventeSolvente
� é o líquido, no caso de um gás ou sólido dissolvido em um líquido;
� é o componente em maior quantidade nos demais casos.
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Prof. Nunes
Preparação de SoluçõesPreparação de Soluções
Quais são os Quais são os motivos práticos motivos práticos para se preparar soluções???para se preparar soluções???
� maior mobilidade das espécies em reações químicas;
� mensurar pequenas quantidades de massas;
� entre outros tantos....
DQOI - UFC8
Prof. Nunes
Soluções GasosasSoluções Gasosas
Em geral, gases e vapores que não reagem entre si misturam-se em todas
as proporções para formar soluçõessoluções gasosasgasosas.
O arar atmosféricoatmosférico é um exemplo:
DQOI - UFC9
Prof. Nunes
Soluções LíquidasSoluções Líquidas
Podem ser preparadas pela dissolução dedissolução de:
� um gás em um líquidoum gás em um líquido: CO2 + água = água com gás
� um líquido em outro líquido: um líquido em outro líquido: água + álcool absoluto = álcool 70%
DQOI - UFC
� um sólido em um líquido: um sólido em um líquido: NaCl + água = salmora
É também possível se obter uma solução líquida solução líquida pela mistura de 2 sólidosmistura de 2 sólidos:
�� liga liga KK--NaNa: : com % de sódio de 10-50%.
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Prof. Nunes
Soluções SólidasSoluções Sólidas
Podem ser preparadas pela dissolução dedissolução de:
a) a) um gás em um sólido: um gás em um sólido: H2 + níquel
b) b) um líquido em um sólido: um líquido em um sólido: amálgama de prata (Hg em Ag)
c) c) um sólido em um sólido: um sólido em um sólido: Cu + Zn (bronze)
DQOI - UFC11
Níquel de Níquel de RaneyRaney
a)a) b)b) c)c)
Prof. Nunes
SolubilidadeSolubilidade:: é a quantidade de substância que se dissolve numa
determinada quantidade de solvente, a uma determinada temperatura, para
formar uma solução saturada.
ExemploExemplo:: NaCl(s) + H2O ���� Na+(aq) + Cl-(aq)) SS NaClNaCl ((2020ooC)C) == 3636g/g/100100mLmL
SolubilidadeSolubilidade
menos que 36 gmenos que 36 g 40g 40g
DQOI - UFC
insaturadainsaturada
100 ml20 oC
menos que 36 gmenos que 36 g
saturadasaturada
40g 40g
4g
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Prof. Nunes
ExemploExemplo:: NaCl(s) + H2O ���� Na+(aq) + Cl-(aq)) SS NaClNaCl ((2020ooC)C) == 3636g/g/100100mLmL
Solução SaturadaSolução Saturada
DQOI - UFC13
Prof. Nunes
EmEm condiçõescondições especiaisespeciais é possívelpossível solubilizarsolubilizar umauma quantidadequantidade superiorsuperior aoao
determinadodeterminado pelapela solubilidadesolubilidade do composto. Neste caso, obtemos uma
solução supersuper--saturadasaturada.
) = 36g/100mL
Soluções SuperSoluções Super--saturadassaturadas
DQOI - UFC
Trata-se de uma situação instável, onde uma pequena perturbaçãoprovoca a imediata precipitação do soluto.
45g
14
Prof. Nunes
Concentrações de SoluçõesConcentrações de Soluções
A concentração de uma solução é a quantidade de solutosoluto dissolvida numa
certa quantidade de solventesolvente ou soluçãosolução.
As concentrações mais utilizadas são:
� Molaridade: Molaridade: M = número de moles / litros de solução
DQOI - UFC
� % ponderal do soluto: % ponderal do soluto: (massa do soluto/massa da solução)*100
� MolalidadeMolalidade:: W = moles do soluto / Kg do solvente
� gramas/Litrogramas/Litro
� partes por milhão (partes por milhão (ppmppm) ) e partes por bilhão (partes por bilhão (ppbppb)15
Prof. Nunes
MolalidadeMolalidade
MolalidadeMolalidade:: W = moles do soluto
Kg do solvente
Exercício: Qual é a molalidade de uma solução que contém 128 g de CH3OHem 108 g de água?
DQOI - UFC16
Prof. Nunes
MolalidadeMolalidade
Exercício: Quantos gramas de H2O devem ser utilizados para dissolver 50,0 gde sacarose para preparar uma solução de sacarose, C12H22O11, 1,25 molal?
DQOI - UFC17
Prof. Nunes
Fração MolarFração Molar
Exercício: Quais são as frações molares de CH3OH e H2O na solução quecontém 128128 gramasgramas dede CHCH33OHOH e 108108 gramasgramas dede HH22OO.
DQOI - UFC18
Prof. Nunes
As solubilidadessolubilidades dasdas substânciassubstâncias, umas nas outras, variamvariam
amplamenteamplamente. Por exemplo, é possível que uma substância seja muito
solúvel num solvente e insóluvel em outro.
QuestionamentosQuestionamentos::
Fatores que Explicam a SolubilidadeFatores que Explicam a Solubilidade
DQOI - UFC
QuestionamentosQuestionamentos::
� Por que substâncias semelhantes se dissolvem mutuamente em
maiores proporções do que substâncias diferentes???
� Que fatores estão envolvidos na solubilidade???
19
Prof. Nunes
A solubilidade pode ser explicada com base em A solubilidade pode ser explicada com base em dois fatoresdois fatores::
� Tendência natural das substâncias se misturarem.
� Forças intermoleculares entre:
� soluto-soluto
Fatores que Explicam a SolubilidadeFatores que Explicam a Solubilidade
DQOI - UFC
� soluto-soluto
� solvente-solvente
� soluto-solvente
Em resumo, a solubilidade de um soluto num solvente depende do
equilíbrio entre a tendênciatendência naturalnatural àà misturaçãomisturação e a tendênciatendência dede umum
sistemasistema terter aa menormenor energiaenergia possívelpossível.20
Prof. Nunes
As forçasforças dede ligaçãoligação (intramolecularesintramoleculares e intermolecularesintermoleculares) surgem de
atraçõesatrações eletrostáticaseletrostáticas entre cargascargas opostasopostas.
� ligaçãoligação iônicaiônica:: atração entre cátions e ânions
� ligaçõesligações covalentescovalentes:: núcleos e pares de elétrons
�� ligaçãoligação metálicametálica:: cátions metálicos e elétrons de valência deslocalizados
Forças IntermolecularesForças Intermoleculares
DQOI - UFC
�� ligaçãoligação metálicametálica:: cátions metálicos e elétrons de valência deslocalizados
As forçasforças intermolecularesintermoleculares, por outro lado, são devido à:
� atração entre as moléculas com cargas parciais
�atração entre íons e moléculas.
Os doisdois tipostipos dede forçasforças diferemdiferem emem magnitudemagnitude, e a leilei dede CoulombCoulomb explica
por quê.21
Prof. Nunes
� As forçasforças dede ligaçãoligação sãosão relativamenterelativamente fortesfortes, porque envolvem cargas
maiores que estão mais próximas.
� As forçasforças intermolecularesintermoleculares são relativamente fracas, porque elas
normalmente envolvem cargascargas menoresmenores queque sãosão maismais distantesdistantes
Forças IntermolecularesForças Intermoleculares
DQOI - UFC
normalmente envolvem cargascargas menoresmenores queque sãosão maismais distantesdistantes
22
Prof. Nunes
� A que distânciadistância estão as cargas em diferentes moléculas para aumentar as
forçasforças intermolecularesintermoleculares entre elas?
� Considere a moléculamolécula dede ClCl22 como um exemplo. Quando medimos as
distâncias entre dois núcleos de Cl em uma amostra de Cl2 sólido, obtêm-se
dois diferentes valores.
Forças IntermolecularesForças Intermoleculares
DQOI - UFC
dois diferentes valores.
23
Prof. Nunes
Forças IntermolecularesForças Intermoleculares
van der van der WaalsWaals
DQOI - UFC
Dois diferentesdiferentes valoresvalores dede distânciadistância entre 22 átomosátomos dede clorocloro:
�� entreentre doisdois núcleosnúcleos dede duasduas moléculasmoléculas distintasdistintas (maior)(maior)
�� entreentre doisdois núcleosnúcleos dada mesmamesma moléculamolécula (raio(raio covalente)covalente)
24
ChamadaChamada dede distânciadistância dede vanvan derder WaalsWaals (Essa distância é amais próxima que uma molécula de Cl2 pode se aproximar de outra, oponto em que as atraçõesatrações intermolecularesintermoleculares estãoestão emem equilíbrioequilíbrio comcom asasrepulsõesrepulsões dada nuvemnuvem dede elétrons)elétrons)
RaioRaio dede vanvan derder WaalsWaals ~~ distânciadistância dede vanvan derder WaalsWaals//22
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Forças IntermolecularesForças Intermoleculares
van der van der WaalsWaals
Raios covalentesRaios covalentesRaios de van der Raios de van der WaalsWaals
DQOI - UFC
Chamada de Chamada de distância de van der distância de van der WaalsWaals
Raio de van der Raio de van der WaalsWaals
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Prof. Nunes
Forças IntermolecularesForças Intermoleculares
Existem vários tipos de forças intermoleculares:
� ion-dipolo
� dipolo-dipolo
� ligação de hidrogênio
� dipolo-dipolo induzido
� forças de dispersão
DQOI - UFC
� forças de dispersão
comcom forçasforças bembem distintasdistintas..
26
Prof. Nunes
Forças de LigaçãoForças de Ligação
DQOI - UFC27
Prof. Nunes
Forças IntermolecularesForças Intermoleculares
DQOI - UFC28
Prof. Nunes
Forças Intermoleculares Forças Intermoleculares –– ÍonÍon--DipoloDipolo
� Força atrativa entre um íoníon e uma moléculamolécula polarpolar vizinha.
DQOI - UFC29
� O exemplo mais importante ocorre quando um composto iônicose dissolve na água.
� Os íons se separam porque as atrações entre os íons e os pólos de cargaoposta das moléculas de H2O superaram as atrações entre os íons.
Prof. Nunes
Forças Intermoleculares Forças Intermoleculares –– DipoloDipolo--DipoloDipolo
Quando moléculasmoléculas polarespolares estão próximos
DQOI - UFC30
Quando moléculasmoléculas polarespolares estão próximosumas das outras, como em líquidoslíquidos eesólidossólidos, suas cargas parciais agem comominúsculos campos elétricos que asorientam e dão origem a forçasforças dipolodipolo--dipolodipolo, onde o pólopólo positivopositivo dede umaumamoléculamolécula atraiatrai oo pólopólo negativonegativo dada outraoutra.
Prof. Nunes
Forças Intermoleculares Forças Intermoleculares –– DipoloDipolo--DipoloDipolo
Essas forças são responsáveis pelo fato de compostoscompostos polarespolares teremterem maioresmaiores pontospontos
dede ebuliçãoebulição que compostoscompostos apolaresapolares commassasmassas molaresmolares semelhantessemelhantes.
DQOI - UFC31
Prof. Nunes
Forças Intermoleculares Forças Intermoleculares –– Ligação de HidrogênioLigação de Hidrogênio
� Um tipo especial de força dipolodipolo--dipolodipolo surge entre as moléculas que têmum átomoátomo dede hidrogêniohidrogênio ((δδ++)) ligado a um pequeno átomo altamenteeletronegativo (A) comcom parespares dede elétronselétrons isoladosisolados ((::B)B).
DQOI - UFC32
eletronegativo (A) comcom parespares dede elétronselétrons isoladosisolados ((::B)B).
� Os átomosátomos (A)(A) mais importantes que se encaixam nessa descrição são NN, OOe FF.
As ligações H-N, H-O e H-F são muito polares, e a densidade de elétrons éretirada das proximidades do átomo de H. Como resultado, o HH parcialmenteparcialmentepositivopositivo ((δδ++)) de uma molécula é atraído pela parteparte negativanegativa dede outraoutra moléculamolécula((::B)B) e uma ligaçãoligação dede hidrogêniohidrogênio se forma.
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Polarizabilidade Polarizabilidade –– IonIon--DipoloDipolo InduzidoInduzido
A distorção da nuvem eletrônica em:�� moléculamolécula apolarapolar -- criacria umum momentomomento dede dipolodipolo induzidoinduzido temporáriotemporário.
DQOI - UFC33
�� moléculamolécula polarpolar -- aumentaaumenta oo momentomomento dede dipolodipolo jájá estáestá presentepresente.
A fonte do campo elétrico pode ser o eletrodos de uma bateria, a carga deum íoníon, ou a cargascargas parciaisparciais de uma molécula polar.
Prof. Nunes
Polarizabilidade Polarizabilidade –– IonIon--DipoloDipolo InduzidoInduzido
� A facilidadefacilidade comcom queque aa nuvemnuvem eletrônicaeletrônica dede umauma partículapartícula podepode serserdistorcidadistorcida é chamado de sua polarizabilidadepolarizabilidade.
�� ÁtomosÁtomos menoresmenores (ou(ou íons)íons) são menosmenos polarizadospolarizados dodo queque osos maioresmaioresporque os seus elétrons estão mais próximos ao núcleo e, portanto, sãomantidos mais firmemente presos.
� Assim, observam-se as tendênciastendências:
DQOI - UFC34
po
lari
zab
ilid
ade
+
+
Prof. Nunes
Forças de Dispersão de Forças de Dispersão de LondonLondon
� A polarizabilidadepolarizabilidade desempenha um papelpapel centralcentral na mais universal forçaintermolecular.
Fritz Fritz LondonLondon
DQOI - UFC35
� Até este ponto, nós discutimos as forçasforças queque dependemdependem dada existênicaexistênica dedeumauma cargacarga, seja em um íoníon ou em umauma moléculamolécula polarpolar.
�� MasMas porpor queque asas substânciassubstâncias apolaresapolares comocomo oo cloro,cloro, octano,octano, ee argônioargôniopodempodem condensarcondensar ee solidificar?solidificar?
� A principal força intermolecular responsável para os estadoscondensados de substâncias apolares é a forçaforça dede dispersãodispersão (ou(ou forçaforça dededispersãodispersão dede London)London), nomeado por FritzFritz LondonLondon.
Prof. Nunes
Forças de Dispersão de Forças de Dispersão de LondonLondon
� As forçasforças dede dispersãodispersão são causadas por oscilaçõesoscilações momentâneasmomentâneas dedecargacarga dodo elétronelétron em átomos e, portanto, estão presentes entre todas as
Fritz Fritz LondonLondon
DQOI - UFC36
cargacarga dodo elétronelétron em átomos e, portanto, estão presentes entre todas aspartículas (átomos, íons e moléculas).
� Observando-se um átomo em uma amostra de gásgás argônioargônio, vemos que namédia ao longo do tempo, os 1818 elétronselétrons estãoestão distribuídosdistribuídos uniformementeuniformementeao redor do núcleo, de modo que o átomoátomo éé apolarapolar.
Prof. Nunes
Forças de Dispersão de Forças de Dispersão de LondonLondon
� Mas emem qualquerqualquer instanteinstante, podepode haverhavermaismais elétronselétrons dede umum ladolado dodo núcleonúcleoqueque porpor outrooutro, de modo que o átomotem um dipolodipolo instantâneoinstantâneo.
� Longe (situaçãosituação AA), dois átomos deargônio não se influenciam, mas seeles se aproximarem (situaçãosituação BB), se
DQOI - UFC37
eles se aproximarem (situaçãosituação BB), seinfluenciarão mutuamente.� um dipolodipolo instantâneoinstantâneo induzinduz
umum dipolodipolo emem seuseu vizinhovizinho.
� O resultado é um movimentomovimentosincronizadosincronizado dosdos elétronselétrons nos doisátomos (situação(situação C)C), que provocaprovocaumauma atraçãoatração entreentre eleseles.
Prof. Nunes
Forças Intermoleculares Forças Intermoleculares –– Sistemas BiológicosSistemas Biológicos
DQOI - UFC38
Prof. Nunes
Forças Intermoleculares Forças Intermoleculares -- SumárioSumário
DQOI - UFC39
Prof. Nunes
Em soluções gasosas:Em soluções gasosas:
� Forças intermolecularesForças intermoleculares são desprezíveisdesprezíveis
� PredominaPredomina a tendência natural à tendência natural à misturaçãomisturação
Soluções MolecularesSoluções Moleculares
DQOI - UFC
O2
O2
O2
O2O2
O2
O2
O2
O2
O2
O2
O2
N2
N2
N2
N2
N2
N2
N2
N2N2
N2
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Prof. Nunes
Soluções MolecularesSoluções Moleculares
Em soluções gasosas:Em soluções gasosas:
� Forças intermolecularesForças intermoleculares são desprezíveisdesprezíveis
� PredominaPredomina a tendência natural à tendência natural à misturaçãomisturação
DQOI - UFC
N2
N2
O2
O2O2
N2
O2
O2
O2
N2
N2
N2
N2
O2
O2
N2
N2
N2
O2
N2O2
O2
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Prof. Nunes
Soluções MolecularesSoluções Moleculares
Um solutosoluto molecularmolecular irá se solubilizar em um solventesolvente somente se as novasnovas
interaçõesinterações solutosoluto--solventesolvente foremforem tãotão estáveisestáveis (ou(ou mais)mais) que as interações
antes existentes entre solutosoluto--solutosoluto e solventesolvente--solventesolvente.
DQOI - UFC
soluto
solvente42
Prof. Nunes
�� MisturaMistura dede hexanohexano--octanooctano:: SolúveisSolúveis entreentre si,si, poispois asas forçasforçasintermolecularesintermoleculares nosnos trêstrês sistemassistemas sãosão equivalentesequivalentes..
Soluções MolecularesSoluções Moleculares
DQOI - UFC43
Prof. Nunes
� MisturaMistura dede octanooctano--águaágua: InsolúveisInsolúveis entreentre sisi,, poispois asasforçasforças intermolecularesintermoleculares sãosão muitomuito distintasdistintas nono trêstrêssistemassistemas..
Soluções MolecularesSoluções Moleculares
DQOI - UFC
O sistema optará pelas interações maismais fortesfortes que estabilizarão o sistema.44
Prof. Nunes
� Mistura de águaágua--metanolmetanol
Soluções MolecularesSoluções Moleculares
DQOI - UFC
ForçasForças intermolecularesintermoleculares semelhantessemelhantes – são solúveissolúveis um no outro
45
Prof. Nunes
� Dissolução do Dissolução do metanol metanol em águaem água
Processo de Solubilização MolecularProcesso de Solubilização Molecular
DQOI - UFC46
Prof. Nunes
As substâncias iônicas apresentam solubilidades muito diferentes em água:
� S NaClNaCl (20oC) = 36g36g/100 mL
� SCaCa33(PO(PO44))22 (20oC) = 0,002g0,002g/100 mL
Soluções IônicasSoluções Iônicas
Diferenças de solubilidadesDiferenças de solubilidades podem ser explicadas em termos da:
DQOI - UFC
� atração entre íons no cristal (energia da rede)
� atração entre os íons e a água (energia de hidratação)
47
Prof. Nunes
Processo de Solubilização do Processo de Solubilização do NaClNaCl
DQOI - UFC48
Prof. Nunes
� Dissolução do Dissolução do NaClNaCl em águaem água
Processo de Solubilização IônicaProcesso de Solubilização Iônica
DQOI - UFC49
Prof. Nunes
NaCl(s) Na+(aq) + Cl-(aq)
O NaClNaCl é um composto cristalino que, quando colocado em água, libera
íons Na+ e Cl- para a solução, vindos da superfície do cristal.
Processo de SolubilizaçãoProcesso de Solubilização
H2O
DQOI - UFC50
Prof. Nunes
NaCl(s)Na+(aq) + Cl-(aq)
Estes íons podem movimentar-se livremente na água...
... ou podem colidir com a superfície do cristal...
... incorporando-se a ele.
Processo de SolubilizaçãoProcesso de Solubilização
H2O
DQOI - UFC
Depois de algum tempo...
... um equilíbrio é atingido.
no equilíbrio NaCl(s) Na+(aq) + Cl-(aq)
velocidades iguaisvelocidades iguais51
Prof. Nunes
A solubilidade de um composto pode ser quantificada através de sua
constante de solubilidade – KPs.
Produto de Solubilidade Produto de Solubilidade -- KPsKPs
A 2B (s ) 2 A +(a q ) + B --
(a q )H 2O
KPs = [A+]2 x [B-2]
DQOI - UFC
Composto KPs (em água a 25oC)
Cloreto de chumbo(II) (PbCl2) 1,17 ×10–5
Cloreto de prata (AgCl) 1,77 ×10–10
Hidróxido de ferro(II),Fe(OH)2 4,87 ×10–18
Sulfureto de prata (I) (Ag2S) 6,0 ×10–30
Fonte: CRC Handbook of Chemistry and Physics, 76th edition, CRC Press, INC, 1996
52
Prof. Nunes
Produto de Solubilidade Produto de Solubilidade -- KPsKPs
Composto KPs (em água a 25oC)
Mg(OH)2 1,8 x 10-11 (0,009 g/L)
Ca(OH)2 7,9 x 10-6 (1,85 g/L)
Sr(OH)2 1,5 x 10-4 (4,1 g/L)
Ba(OH)2 5,0 x 10-3 (56 g/L)
DQOI - UFC53
Composto KPs (em água a 25oC)
MgSO4 4,67 (260 g/L)
CaSO4 2,4 x 10-5 (3 g/L)
SrSO4 3,2 x 10-7 (0,1 g/L)
BaSO4 1,1 x 10-10 (0,0022 g/L)
Prof. Nunes
É o calor liberadoliberado ou absorvidoabsorvido, porpor molmol, quando uma sustância dissolve
a pressão constante para formar uma solução muito diluída.
Entalpia de SoluçãoEntalpia de Solução
DQOI - UFC54
Prof. Nunes
Entalpia de SoluçãoEntalpia de Solução
F- OH- SO4-2
Li+ + 4,9+ 4,9 -- 23,623,6 -- 29,829,8
Na+ + 1,9+ 1,9 -- 44,544,5 -- 2,42,4
K+ -- 17,717,7 -- 57,157,1 + 23,8+ 23,8
Ag+ -- 22,522,5 + 17,8+ 17,8
Entalpias de Solução a 25 Entalpias de Solução a 25 ooCC (KJ/mol)(KJ/mol)
DQOI - UFC55
Ag+ -- 22,522,5 + 17,8+ 17,8
Ca+2 + 11,5+ 11,5 -- 16,716,7 -- 18,018,0
Prof. Nunes
Entalpia de SoluçãoEntalpia de Solução
DQOI - UFC56
http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/simDownload/index4.html#thermoChem
Prof. Nunes
Energia da RedeEnergia da Rede
A energia da rede age contra a dissoluçãoA energia da rede age contra a dissolução.
� inversamente proporcional a solubilidade de um sólido iônico;
� depende da carga dos íons carga dos íons e da distância que os separadistância que os separa.
DQOI - UFC
Raio Iônico En. da Rede Solubilidade
57
Mg(OH)2
Ca(OH)2
Sr(OH)2
Ba(OH)2
Prof. Nunes
Energia da HidrataçãoEnergia da Hidratação
A energia de hidratação energia de hidratação também depende dos raios iônicos.
� inversamente proporcional a raio iônico.
DQOI - UFC
Raio Iônico En. Hidratação Solubilidade
58
Mg(OH)2
Ca(OH)2
Sr(OH)2
Ba(OH)2
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Energia da HidrataçãoEnergia da Hidratação
A energia de hidratação energia de hidratação também depende dos raios iônicos.
� inversamente proporcional ao raio iônico.
DQOI - UFC59
Prof. Nunes
Composto KPs (em água a 25oC)
Mg(OH)2 1,8 x 10-11 (0,009 g/L)
Ca(OH)2 7,9 x 10-6 (1,85 g/L)
Sr(OH)2 1,5 x 10-4 (4,1 g/L)
Ba(OH)2 5,0 x 10-3 (56 g/L)
Energia da Rede x Energia da Rede x Energia de HidrataçãoEnergia de Hidratação
DQOI - UFC
Mg(OH)2
Ca(OH)2
Sr(OH)2
Ba(OH)2
60
Raio Iônico
En. da Rede
Solubilidade
En. Hidratação
Prof. Nunes
A tendênciatendência dasdas solubilidadessolubilidades sese inverteinverte quando
a energiaenergia dede hidrataçãohidratação diminuidiminui muitomuito
rapidamenterapidamente, maismais queque aa energiaenergia dada rederede, dede
modomodo aa sese tornartornar oo fatorfator determinantedeterminante.
Composto KPs (em água a 25oC)
MgSO4 4,67 (260 g/L)
CaSO4 2,4 x 10-5 (3 g/L)
SrSO4 3,2 x 10-7 (0,1 g/L)
BaSO4 1,1 x 10-10 (0,0022 g/L)
Energia da Rede x Energia da Rede x Energia de HidrataçãoEnergia de Hidratação
DQOI - UFC
MgSO4
CaSO4
SrSO4
BaSO4
Raio Iônico
En. da Rede
Solubilidade
En. Hidratação
61
Prof. Nunes
Temperatura x SolubilidadeTemperatura x Solubilidade
SólidosSólidos IônicosIônicos:: SolubilidadeSolubilidade αααααααα 11/T/T ouou
SolubilidadeSolubilidade αααααααα TT
� ficam maismais ouou menosmenos solúveis em água em temperaturastemperaturas maismais
elevadaselevadas..
DQOI - UFC62
Prof. Nunes
� Como explicar o aumento da solubilidade com o
aquecimentoaquecimento ou resfriamentoresfriamento das soluções?
� A resposta foi dada por LeLe ChatelierChatelier,
Entalpia de SoluçãoEntalpia de Solução
Le Le ChatelierChatelier
DQOI - UFC63
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� O PrincípioPrincípio LeLe ChatelierChatelier afirma que, quando uma perturbaçãoperturbação éé
aplicadaaplicada a um sistema em equilíbrio, o sistemasistema responderesponde dede umauma
maneiramaneira aa aliviaraliviar aa perturbaçãoperturbação, deslocando o equilíbrio do sistema.
Entalpia de SoluçãoEntalpia de Solução
Processo exotérmico: reagentes produtos + calor
DQOI - UFC64
Processo endotérmico: calor + reagentes produtos
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Entalpia de SoluçãoEntalpia de Solução
DQOI - UFC65
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Temperatura x SolubilidadeTemperatura x Solubilidade
AcetatoAcetato dede cálcio,cálcio, Ca(CHCa(CH33COO)COO)22, é maismais solúvelsolúvel emem águaágua friafria dodo queque emem
águaágua quentequente.
Ca(CHCa(CH33COO)COO)2(s) 2(s) CaCa2+2+((aqaq)) + 2 CH+ 2 CH33COOCOO--
((aqaq)) + + calorcalor
DQOI - UFC66
calor
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Gases Solubilidade muito influenciada pela Pressão
LíquidosSólidos
Solubilidade sofre pouca influência da Pressão
Pressão x SolubilidadePressão x Solubilidade
DQOI - UFC67
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Temperatura x SolubilidadeTemperatura x Solubilidade
Gases: SolubilidadeSolubilidade αααααααα 11/T/T
� ficamficam menosmenos solúveissolúveis em água emem temperaturastemperaturas maismais
elevadaselevadas
DQOI - UFC68
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Equilíbrio: CO2(g) CO2(aq)
Pressão x SolubilidadePressão x Solubilidade
DQOI - UFC
Aumento da Pressão: CO2(g) ⇒⇒⇒⇒ CO2(aq)
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Equilíbrio: CO2(g) CO2(aq)
Pressão x SolubilidadePressão x Solubilidade
DQOI - UFC
Aumento da Pressão: CO2(g) ⇒⇒⇒⇒ CO2(aq)
70
S = KH . PLei de HenryLei de Henry
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Efeitos Efeitos ColigativosColigativos
H2O
DQOI - UFC
Congelamento = 0oC Ebulição = 100oC
Quando adicionamosadicionamos umum sólidosólido nãonão--volátilvolátil àà águaágua, o soluto alteraaltera asas
propriedadespropriedades físicasfísicas da água.
Estas alterações das propriedades físicas da água devido à adição do
soluto são denominadas como efeitosefeitos coligativoscoligativos.71
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Propriedades Coligativas das SoluçõesPropriedades Coligativas das Soluções
Para cada propriedade física que é modificada, temos uma propriedadepropriedade
coligativacoligativa que estuda o efeitoefeito coligativocoligativo.
Efeito Coligativo Propriedade Coligativa
Pressão de vapor Tonoscopia
Ponto de ebulição Ebuloscopia
DQOI - UFC
Ponto de ebulição Ebuloscopia
Ponto de congelamento Crioscopia
Pressão osmótica Osmoscopia
72
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Propriedades Coligativas das SoluçõesPropriedades Coligativas das Soluções
Os efeitos coligativos são diretamente proporcionais ao número de
partículas do soluto dissolvidas.
Em 1878, o químico francês FrançoisFrançois RaoultRaoult afirmou
que o efeitoefeito coligativocoligativo era diretamente proporcional à
molalidade da solução (W) – LeiLei dede RaoultRaoult.
DQOI - UFC
KT = constante tonoscópicatonoscópica molal
KC = constante crioscópicacrioscópica molal
KE = constante ebuloscópicaebuloscópica molal
KO = constante osmoscópicaosmoscópica molal
Efeito Coligativo = K . W
1830 - 1901
73
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Pressão de VaporPressão de Vapor
PressãoPressão dede vaporvapor éé aquelaaquela exercidaexercida pelaspelas moléculasmoléculas (de maior energia)dodo solventesolvente contracontra aa interfaceinterface parapara passarpassar aoao estadoestado dede vaporvapor.
DQOI - UFC74
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Pressão de VaporPressão de Vapor
DQOI - UFC75
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Pressão de VaporPressão de Vapor
interface líquido/vapor
PressãoPressão dede vaporvapor éé aquelaaquela exercidaexercida pelaspelas moléculasmoléculas (de maior energia)dodo solventesolvente contracontra aa interfaceinterface parapara passarpassar aoao estadoestado dede vaporvapor.
DQOI - UFC
Pvapor
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Pressão de VaporPressão de Vapor
interface
líquido/vapor
Pvapor
PressãoPressão dede vaporvapor éé aquelaaquela exercidaexercida pelaspelas moléculasmoléculas (de maior energia)dodo solventesolvente contracontra aa interfaceinterface parapara passarpassar aoao estadoestado dede vaporvapor.
DQOI - UFC
Com a adiçãoadição dede partículaspartículas dede solutosoluto (íons ou moléculas) intensificam-seas forças atrativas moleculares e diminuidiminui aa pressãopressão dede vaporvapor dodo solventesolvente.
Pvapor
soluto
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Pressão de VaporPressão de Vapor
DQOI - UFC78
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TonoscopiaTonoscopia e e EbuloscopiaEbuloscopia
DQOI - UFC79
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TonoscopiaTonoscopia
A fórmula para o cálculo da TonoscopiaTonoscopia segue abaixo:
∆p∆p = P= P22 –– PP, onde:
P = pressão de vapor da solução
P = pressão de vapor do solvente
Efeito Coligativo Propriedade Coligativa
Pressão de vapor Tonoscopia
DQOI - UFC
P2 = pressão de vapor do solvente
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TonoscopiaTonoscopia
Efeito Coligativo Propriedade Coligativa
Pressão de vapor Tonoscopia
DQOI - UFC81
Lei de Lei de RaoultRaoult
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Usando a Lei de Usando a Lei de RaoultRaoult
CalculeCalcule oo abaixamentoabaixamento dada pressãopressão dede vaporvapor, P, quando 10.0 mL of glicerol(C3H8O3) são adicionados 500 mL de água a 50°C. Nesta temperatura, a pressãode vapor da água pura é 92.5 torr sua densidade é 0.988 g/mL. A densidade doglicerol é 1.26 g/mL.
DQOI - UFC82
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ExercitandoExercitando
A sacarose é um soluto não volátil e não ionizável. DetermineDetermine aa diminuiçãodiminuição dadapressãopressão dede 2525°°C,C, dede umauma soluçãosolução dede sacarosesacarose 11..2525 mm. Assuma que a soluçãocomporta-se como uma solução ideal. A pressão de vapor da água pura a 25°C é23.8 torr.
DQOI - UFC83
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ExercitandoExercitando
A 40°C, a pressão de vapor do heptano puro é 92,0 torr e a pressão de vapor do octano puro é 31,0 torr. Considere uma solução que contenha 1 mol de heptano e 4 moles de octano. CalculeCalcule a a pressãopressão de de vapor de vapor de cadacada componentecomponente e a e a pressãopressãode vapor de vapor dada soluçãosolução resultanteresultante.
DQOI - UFC84
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EbuloscopiaEbuloscopia
Ocorre o aumento da intensidade das forças interativasaumento da intensidade das forças interativas, pela presença
das partículas do soluto.
Efeito Coligativo Propriedade Coligativa
Ponto de ebulição Ebuloscopia
DQOI - UFC85
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EbuloscopiaEbuloscopia
Efeito Coligativo Propriedade Coligativa
Ponto de ebulição Ebuloscopia
DQOI - UFC86
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EbuloscopiaEbuloscopia
� Como o abaixamento da pressão de vapor, a magnitude dada elevaçãoelevação dodopontoponto dede ebuliçãoebulição éé proporcionalproporcional aa concentraçãoconcentração dasdas partículaspartículas dodosolutosoluto.
DQOI - UFC87
� A Molalidade é a unidade de concentração usada porque ela é relacionadarelacionada ààfraçãofração molarmolar, e assim àsàs particulasparticulas dodo solutosoluto.
� Ela também envolve massa ao invés de volume do solvente, então ela não éafetada por variações de temperatura.
� A constanteconstante KKbb tem unidade oCC//molalmolal e é específica para um cada solvente.
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Constantes Constantes EbuloscópicasEbuloscópicas
� A constanteconstante KKbb tem unidade oCC//molalmolal e é específica para um cada solvente.
DQOI - UFC88
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CrioscopiaCrioscopia
Iguais quantidades de diferentes solutos moleculares não-voláteis,
dissolvidos numa mesma quantidade de solvente, à mesma temperatura,
causa o mesmo abaixamentoabaixamento nana temperaturatemperatura dede congelamentocongelamento desse
Efeito Coligativo Propriedade Coligativa
Ponto de Congelamento Crioscopia
DQOI - UFC
solvente na solução.
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CrioscopiaCrioscopia
DQOI - UFC90
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CrioscopiaCrioscopia
Efeito Coligativo Propriedade Coligativa
Ponto de Congelamento Crioscopia
DQOI - UFC91
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� A magnitude do abaixamentoabaixamento dodo pontoponto dede congelamentocongelamento éé proporcionalproporcional aaconcentraçãoconcentração dasdas partículaspartículas dodo solutosoluto.
CrioscopiaCrioscopia
DQOI - UFC
�� KfKf águaágua == 11,,8686 ooCC//molalmolal
�� 11MM glicoseglicose�� 00,,55 MM dede NaClNaCl�� 00,,3333 MM KK22SOSO44
92
� A constanteconstante KKff tem unidade ooCC//molalmolal..
1 mol de partículas1 mol de partículas ∆∆∆∆∆∆∆∆TTff = = --1,86 1,86 ooCC
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� Como enfatizado, asas propriedadespropriedades coligativascoligativas dependem do número departículas de soluto em uma determinada massa de solvente.
� Uma solução aquosa 00,,1010 molalmolal de um composto covalente que não seioniza promove uma diminuição do ponto de congelamento de 00,,186186 °° CC(Kf = 1,86 oC/M).
� Se a dissociação for completa, uma solução de KBrKBr 00,,100100MMMMMMMM teria ummolalidademolalidade eficazeficaz dede 00,,200200MMMMMMMM (ou seja, 0,100 M K+ + 0,100M de Br-?)
Propriedades Coligativas e Dissociação IônicaPropriedades Coligativas e Dissociação Iônica
DQOI - UFC93
molalidademolalidade eficazeficaz dede 00,,200200MMMMMMMM (ou seja, 0,100 M K+ + 0,100M de Br-?)
� Assim, deveríamos prever que uma solução 0,100M deste eletrólito forteteria uma diminuiçãodiminuição dodo pontoponto dede congelamentocongelamento dede 22 xx 00,,186186°°CC (0,372°C)
� Na verdade, a diminuiçãodiminuição observadaobservada éé apenasapenas 00,,349349 °°CC. Este valor para∆Tf é cerca de 6% menor do que esperaríamos para uma molaridadeefetiva de 0,200M.
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Propriedades Coligativas e Dissociação IônicaPropriedades Coligativas e Dissociação Iônica
Concentração DTf esperada (oC) DTf observada(oC) Variação %
0,1 molal 2 x 0,186 = 0,372 0,349 6
1,0 molal 2 x 1,86 = 3,72 3,29 11
KfKf águaágua = 1,86 = 1,86 ooCC//molalmolal
DQOI - UFC94
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Fator van Fator van HoffHoff
� Uma medida do grau de dissociação (ou ionização) de um eletrólito em água éo fatorfator dede van'tvan't HoffHoff,, ii, para a solução.
� É a razão da propriedade coligativa real com o valor que seria observado senão ocorresse dissociação.
DQOI - UFC95
� O valor ideal, ou limite, de i para uma solução de KBrKBr seriaseria 22, e o valor paraeletrólitoseletrólitos 22::11, como NaNa22SOSO44 seriaseria 3. EssesEsses valoresvalores sese aplicamaplicam aa soluçõessoluçõesinfinitamenteinfinitamente diluídasdiluídas emem queque nenhumanenhuma associaçãoassociação dede íonsíons ocorreocorre dede modomodoapreciávelapreciável.
� Para soluções KBr 0,10M e 1,0 m, ii éé inferiorinferior aa 22.
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Fator van Fator van HoffHoff
DQOI - UFC96
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ExercitandoExercitando
Você adicionou 1,00 Kg do anticongelante etileno glicol (C2H6O2) aoradiador de seu carro, que contém 4450 g de água. Quais ospontospontos dede ebuliçãoebulição e congelamento da solução resultante?
DadosDados:: KKbb == 5050,,512512 ooCC//MMMMMMMM
DQOI - UFC97
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ExercitandoExercitando
Você adicionou 1,00 Kg do anticongelante etileno glicol (C2H6O2) ao radiador deseu carro, que contém 4450 g de água. Quais os pontos de ebulição econgelamentocongelamento da solução resultante?
DadosDados:: KKff == 11,,8686 ooCC//MMMMMMMM
DQOI - UFC98
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ExercitandoExercitando
Quando 15g de álcool etílico, C2H5OH, é dissolvido em 750g de ácido fórmico, oponto de congelamento da solução é 7,2 oC. Sabendo-se que o ponto decongelamento do ácido fórmico puro é 8,4 oC, determinedetermine oo valorvalor dede KfKf parapara ooácidoácido fórmicofórmico.
DQOI - UFC99
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OsmoscopiaOsmoscopia
Efeito Coligativo Propriedade Coligativa
Pressão Osmótica Osmoscopia
OsmoscopiaOsmoscopia é a medida do aumentoaumento dada pressãopressão osmóticaosmótica decorrentedecorrente dodo
acréscimoacréscimo dede solutosoluto.
DQOI - UFC100
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OsmoseOsmose
OsmoseOsmose é a passagem de um solvente para o interior de uma solução,
feita desse mesmo solvente, através de uma membranamembrana semipermeávelsemipermeável
(MSP)(MSP), que permitepermite aa passagempassagem dodo solventesolvente e impedeimpede aa passagempassagem dodo
solutosoluto.
soluto solvente
mesma concentração
DQOI - UFC
OSMOSE
APÓS CERTO TEMPO
m.s.p
concentradadiluída
m.s.p
concentração
101
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OsmoseOsmose
DQOI - UFC102
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OsmoseOsmose
DQOI - UFC103
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OsmoseOsmose
� Quando uma cenoura é embebida emuma solução salina concentrada, a águaáguafluiflui parapara forafora dasdas célulascélulas da planta porporosmoseosmose.
� Uma cenoura, após uma noite, embebidaem solução salina (à esquerda) perdeu
DQOI - UFC104
em solução salina (à esquerda) perdeumuita água e tornou-se mole.
� A cenoura embebido, após uma noite, emágua pura (à direita) é pouco afetada.
H2O NaCl(aq)
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Pressão OsmóticaPressão Osmótica
A pressãopressão osmóticaosmótica ((ππππππππ)) é a pressão que deveria aplicar sobre a solução
para impedir a passagem do solvente através da membrana
semipermeável. ππππππππ == MRTMRT
soluto solvente
DQOI - UFC
OSMOSE
m.s.p
concentradadiluída
ππππ
105
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Determinando a Determinando a MassarMassar Molar de um SolutoMolar de um Soluto
Os bioquímicos descobriram mais de 400 variedades mutantes de hemoglobina,a proteína do sangue que carrega o oxigênio através do corpo. Alguns físicos,estudando uma variedade associada com uma doença fatal, foram os primeiros aencontrar sua massa molar.
Eles dissolveram 21,5 mg da proteína em água a 5,0 oC e prepararm 1,5mL deuma solução e, a seguir, mediram a pressão osmótica da mesma (3,61 torr). Quala massa molar desta variedade de hemoglobina? DadoDado:: RR == 00,,082082 atmatm..LL..molmol--11..KK--11
DQOI - UFC106
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Osmose e Células SanguíneasOsmose e Células Sanguíneas
(a) Célula em solução hipotônicahipotônica. Há um fluxofluxo dede águaágua parapara dentrodentro da célula,causando o inchamento da célula.
(b) Célula em solução isotônicaisotônica. Nada Nada ocorreocorre.
(c) Célula em solução hipertônicahipertônica. Há um fluxofluxo de de águaágua parapara forafora da célula, causandosua desidratação e morte.
DQOI - UFC107
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Sugestão de LeituraSugestão de Leitura
DQOI - UFC108
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Sugestão de LeituraSugestão de Leitura
DQOI - UFC109
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DQOI - UFC110